本发明专利技术公开了一种GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光
电探测器，该红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs缓冲层、
AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb上缓冲层、
InAs/GaSb超晶格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。本发明专利技术同时公开了
一种GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光电探测器的制作方
法。利用本发明专利技术，在GaAs衬底上生长出了高质量的GaSb缓冲层，并在
该GaSb缓冲层上生长出了InAs/GaSb超晶格，进而能够制作出暗电流低，
成本低廉的红外探测器。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体技术中红外光电探测器领域，尤其涉及一种GaAs 基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光电探测器及其制作方法。
技术介绍
随着科学技术的进步，以军用为核心的红外探测器逐渐发展起来，目 前在战略预警、战术报警、夜视、制导、通讯、气象、地球资源探测、工 业探伤、医学、光谱、测温、大气监测等军用和民用领域都有广泛的应用。但是，目前最常用的硅惨杂探测器、InSb、 QWIP、 MCT等红外探测 器，都要求在低温下工作，需要专门的制冷设备，造价昂贵，因而应用受 到限制。而lnAs/GaSb红外探测器由于其材料的特殊性，例如电子和空 穴高的有效质量可有效的减少遂穿电流，提高态密度；重空穴带和轻空穴 带较大的能量差能减小俄歇复合，提高载流子寿命等，是目前最有可能实 现室温工作的第三代红外探测器。虽然InAs/GaSb超晶格生长在与之相匹配的GaSb衬底上能获得较少 的缺陷密度，但GaSb衬底有着价格昂贵、无半绝缘衬底、难以与读出电 路集成等一系列缺点，因而在便宜的GaAs衬底上生长出高质量的GaSb 缓冲层后再生长InAs/GaSb超晶格制作红外探测器有着广阔的应用前景。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题 有鉴于此，本专利技术的主要目的在于提供一种GaAs基InAs/GaSb超晶 格1至3微米波段红外光电探测器及其制作方法，以在GaAs衬底上生长 出高质量的GaSb缓冲层，并再生长出InAs/GaSb超晶格，进而制作出暗 电流低，成本低廉的红外探测器。(二)技术方案 为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的-一种GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光电探测器，该 红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs缓冲层、AlSb成核层、 GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb上缓冲层、InAs/GaSb超晶 格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。优选地，所述GaAs缓冲层的厚度为200nm至500nm，所述AlSb成 核层的厚度为5nm，所述GaSb下缓冲层的厚度为500至1000nm，所述 GaSb上缓冲层的厚度为500至1000nm，所述GaSb盖层的厚度为20至 200nm，所述钛金合金电极的厚度为200nm。优选地，所述AlSb/GaSb超晶格层是由交替生长的20至40个周期的 AlSb势垒层/GaSb势阱层构成，其中每层AlSb的厚度为5nm， GaSb的厚 度为5腿。优选地，所述InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的不少于300个周期 或1微米的InAs层/GaSb层构成，其中每层GaSb的厚度为2.4nm，每层 InAs厚度由探测波长决定。优选地，所述InAs/GaSb超晶格层生长过程中，每周期快门的开关顺 序依次为开Sb、开In、同时开In和As、开As、开Sb、同时开Ga和 Sb。一种制作GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光电探测器 的方法，该方法包括将GaAs衬底放在分子束外延设备样品架上，脱氧，然后将衬底升温， 在As保护下除气；生长GaAs缓冲层；降低衬底温度，依次生长AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层和GaSb上缓冲层；降低衬底温度，依次生长InAs/GaSb超晶格层和GaSb盖层； 制备好的外延片采用标准光刻技术及酒石酸溶液刻蚀，然后溅射钛金合金制作电极从而制作成探测器。优选地，所述将GaAs衬底放在分子束外延设备样品架上，脱氧，然 后将衬底升温，在As保护下除气的步骤具体包括将半绝缘GaAs衬底 放在分子束外延设备样品架上，在58(TC脱氧，然后将衬底升至630'C在 As保护下除气3分钟。优选地，所述生长GaAs缓冲层的步骤是在580。C温度下进行。优选地，所述降低衬底温度，依次生长AlSb成核层、GaSb下缓冲层、 AlSb/GaSb超晶格层和GaSb上缓冲层的步骤，是将衬底温度降至500°C 。优选地，所述降低衬底温度，依次生长InAs/GaSb超晶格层和GaSb 盖层的步骤，是将衬底温度降至380至42(TC。(三)有益效果 从上述技术方案可以看出，本专利技术具有以下有益效果1、 利用本专利技术，在GaAs衬底上生长出了高质量的GaSb缓冲层，并 在该GaSb缓冲层上生长出了 InAs/GaSb超晶格，进而能够制作出暗电流 低，成本低廉的红外探测器。2、 本专利技术提供的这种红外光电探测器，是基于InAs/GaSb超晶格结 构的特殊性，可对探测器的暗电流显著抑制而光电流增强，从而实现对探 测器探测率提高。3、 本专利技术提供的这种红外光电探测器，可通过改变InAs/GaSb超晶 格中InAs层的厚度来制作不同探测波长的红外探测器。4、 本专利技术提供的这种红外光电探测器，基于InAs/GaSb超晶格结构 的特殊性，可对探测器的暗电流显著抑制而光电流增强，从而实现对探测 器探测率的提高。附图说明图1是本专利技术提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的结构示意图2是本专利技术提供的制作InAs/GaSb超晶格红外光电探测器的方法流 程图3是InAs/GaSb超晶格每周期的生长过程示意图；图4是77K温度下截止波长为2.2|im、室温下截止截至波长为2.5pm 的InAs/GaSb红外探测器的光谱响应图。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实 施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。下面以室温下截止探测波长在2.5pm附近的InAs/GaSb红外探测器为 例，结合附图对本专利技术的的具体实施方式作进一步的详细说明-如图1所示，图1是本专利技术提供的InAs/GaSb超晶格红外光电探测器 的结构示意图，该红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs缓冲层、 AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb上缓冲层、 InAs/GaSb超晶格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。上述GaAs缓冲层的厚度为200nm至500nm，所述AlSb成核层的厚 度为5nm，所述GaSb下缓冲层的厚度为500至lOOOnm，所述GaSb上缓 冲层的厚度为500至1000nm，所述GaSb盖层的厚度为20至200nm，所 述钛金合金电极的厚度为200nm。上述AlSb/GaSb超晶格层是由交替生长的20至40个周期的AlSb势 垒层/GaSb势阱层构成，其中每层AlSb的厚度为5nm， GaSb的厚度为5nm。上述InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的不少于300个周期或1微米 的lnAs层/GaSb层构成，其中每层GaSb的厚度为2.4nm，每层InAs厚度 由探测波长决定。上述InAs/GaSb超晶格层生长过程中，每周期快门的开关顺序依次为 开Sb、开In、同时开In和As、开As、开Sb、同时开Ga和Sb。本专利技术所述的制作GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光 电探测器的方法，是用分子束外延技术在GaAs衬底上先生长出高质量的 缓冲层，后制备l至3pm探测波段的InAs/GaSb超晶格外延片，再利用该 外延片制造红外光电导探测器。首先，采用分子束外延方法在GaAs衬底 (l)上依次生长GaAs缓冲层(2)、 AlSb成核层(3)、 G本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＧａＡｓ基ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格１至３微米波段红外光电探测器，其特征在于，该红外光电探测器由自下而上的ＧａＡｓ衬底、ＧａＡｓ缓冲层、ＡｌＳｂ成核层、ＧａＳｂ下缓冲层、ＡｌＳｂ／ＧａＳｂ超晶格层、ＧａＳｂ上缓冲层、ＩｎＡｓ／ＧａＳｂ超晶格层、ＧａＳｂ盖层和钛金合金电极构成。
【技术特征摘要】
1、一种GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段红外光电探测器，其特征在于，该红外光电探测器由自下而上的GaAs衬底、GaAs缓冲层、AlSb成核层、GaSb下缓冲层、AlSb/GaSb超晶格层、GaSb上缓冲层、InAs/GaSb超晶格层、GaSb盖层和钛金合金电极构成。2、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段 红外光电探测器，其特征在于，所述GaAs缓冲层的厚度为200nm至 500nm，所述AlSb成核层的厚度为5nm，所述GaSb下缓冲层的厚度为500 至1000nm，所述GaSb上缓冲层的厚度为500至1000nm，所述GaSb盖 层的厚度为20至200nm，所述钛金合金电极的厚度为200nm。3、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段 红外光电探测器，其特征在于，所述AlSb/GaSb超晶格层是由交替生长的 20至40个周期的AlSb势垒层/GaSb势阱层构成，其中每层AlSb的厚度 为5nm， GaSb的厚度为5nm。4、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段 红外光电探测器，其特征在于，所述InAs/GaSb超晶格层是由交替生长的 不少于300个周期或1微米的InAs层/GaSb层构成，其中每层GaSb的厚 度为2.4nm，每层InAs厚度由探测波长决定。5、 根据权利要求1所述的GaAs基InAs/GaSb超晶格1至3微米波段 红外光电探测器，其特征在于，所述InAs/GaSb超晶格层生长过程中，每 周期快门的开关顺序依次为开Sb、开In、同时开In和As、开As、开 Sb、同时开Ga禾口 Sb。6、 一种...
【专利技术属性】
技术研发人员：汤宝，周志强，郝瑞亭，任正伟，徐应强，牛智川，
申请(专利权)人：汤宝，周志强，郝瑞亭，任正伟，徐应强，牛智川，
类型：发明
国别省市：11
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